Как организм защищается от вторжения «прыгающих генов»

С момента открытия Барбарой Мак-Клинток «прыгающих генов» (транспозонов) мы узнали, что почти половина нашей ДНК состоит из них. Их способность перемещаться по геному в развивающихся половых клетках вызывает повреждения ДНК и мутации, что часто приводит к стерильности или гибели животных, угрожая выживанию вида. Однако до сих пор было мало известно о механизмах адаптации к таким вторжениям.

Исследователи из Института Карнеги изучили этот процесс на плодовой мушке Drosophila melanogaster. Они использовали температуру как инструмент контроля активности транспозонов:

• При 25°C (77°F) потомство имело стерильные яичники.
• При 18°C (64°F) яичники развивались нормально и были фертильны.

Учёные обнаружили, что скорость мобилизации «прыгающих генов» в стволовых клетках яичников была в 7 раз выше при 25°C, что позволило управлять интенсивностью вторжения.

Ключевое открытие: репродуктивные стволовые клетки используют новый адаптивный ответ для быстрого «обуздания» вторгшихся элементов. Они активируют контрольную точку повреждения ДНК (DNA damage checkpoint), которая приостанавливает клеточный цикл для ремонта ДНК.

Компонент этой контрольной точки — белок Chk2 — оказался ключевым. Эта пауза усиливает производство piRNA (некодирующих РНК), которые подавляют активность транспозонов. Период паузы необходим для адаптации и постоянного «заглушения» вторгшихся генов, что позволяет восстановить нормальное производство яиц уже в течение четырёх дней.

«Мы считаем, что способность репродуктивных стволовых клеток быстро адаптироваться и восстанавливать фертильность таким образом позволяет видам сопротивляться популяционному кризису. Этот механизм — краеугольный камень для выживания вида», — отметил руководитель исследования Чжао Чжан.

Результаты опубликованы в выпуске журнала Developmental Cell от 1 ноября 2018 года.